專利名稱：水表數(shù)據(jù)采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及能源與節(jié)能技術(shù)領(lǐng)域，尤其是為能源管理對水系統(tǒng)實現(xiàn)用水消耗監(jiān)測、遠程抄表自動化的管理系統(tǒng)，具體地說是ー種脈沖式水表數(shù)據(jù)采集、遠傳的裝置。
背景技術(shù)：
三表(電表、氣表、水表)與人們的日常生活息息相關(guān)，目前絕大部分應(yīng)用中數(shù)據(jù)的抄錄仍采用傳統(tǒng)的上門抄表的方式，不僅效率低，工作量大，相應(yīng)的提供的數(shù)據(jù)也是極為有限的。隨著社會的發(fā)展傳統(tǒng)的抄表方式已不能滿足需求。目前中國遠傳水表大體分為脈沖式和直讀式兩大類。脈沖式遠傳水表的成本大大低于直讀式，隨著自保持開關(guān)的廣泛應(yīng)用，以基本解決初期脈沖式抄表系統(tǒng)不準確、不可靠的狀況，得到了市場的認可?，F(xiàn)有的應(yīng)用系 統(tǒng)中，大約90%以上仍是脈沖式系統(tǒng)，就系統(tǒng)運行的良好程度講，盡管以往脈沖系統(tǒng)也有許多不盡人意的實例，但毋庸置疑，在所有的抄表系統(tǒng)中，占有較多，普及最廣，效果最好的還是脈沖抄表系統(tǒng)，其牢固占據(jù)著抄表系統(tǒng)的主要市場。目前國內(nèi)市場上脈沖式遠傳水表采集裝置主要基于山東濰微科技股份有限公司的實用新型及生產(chǎn)的自保持式脈沖水表傳感器(專利號99206865. 7,99219172.6,01221703. 4,02255655. 9)0該傳感器具備以下特點I、無源發(fā)迅，無需電源就能輸出理想的方波信號。2、信號傳輸準確，專利設(shè)計的自保持開關(guān)結(jié)構(gòu)克服了由于水錘等臨界點的顫動誤發(fā)信號的缺點，可確保千萬次信號無誤差。3、防磁采用不銹鋼外殼，并加屏蔽層，可有效防止磁場干擾，防止用戶盜水現(xiàn)象的發(fā)生。4、具有短線、斷線檢測功能，適時監(jiān)視用戶的非正常用水狀態(tài)。5、對系統(tǒng)的適應(yīng)性強，可根據(jù)不同的采集系統(tǒng)。設(shè)置不同的脈沖當量或內(nèi)部電路。保證不對采集系統(tǒng)作任何改造即可配套。6、通用性強?？筛鶕?jù)用戶要求采用不同廠家的基表。7、遠傳距離遠。遠傳距離可達到I公里。目前，現(xiàn)有的遠傳水表采集系統(tǒng)的主要差別在于所采用的通信方式及抄表方式方面通信方式主要有RS485，CMBUS, MBUS, GPRS/GSM,無線等方式。抄表方式主要有手抄器自動抄表、微機聯(lián)網(wǎng)自動抄表，GPRS/GSM無線或?qū)拵ё詣映?。市面上相關(guān)的采集裝置比較具有代表性的有山東濰微科技股份有限公司與自身自保持開關(guān)型遠傳冷(熱)水表配套的采集裝置智能數(shù)字直讀模塊WZDM-RS485-1，12VDC供電，RS485通信方式，采集水表用水總量。廣州柏誠智能科技有限公司SSU-C10B-01000計數(shù)型信號采集器實現(xiàn)一路計數(shù)，適用對雙脈沖水表、燃氣表和單脈沖電表的數(shù)據(jù)米集，米用M-BUS通訊方式。[0017]以上及類似產(chǎn)品在數(shù)據(jù)采集時僅能提供水表當前累計總用水量，其數(shù)據(jù)類型單一，并且要通過其他途徑進行計算處理才能獲得實際用水數(shù)據(jù)，無法直接提供實時用水數(shù)據(jù)和當月、當年各月用水凍結(jié)數(shù)據(jù)，不能滿足用戶通過用水的多種信息進行處理、分析的需求。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有數(shù)據(jù)采集裝置所存在的上述問題，提出一種水表數(shù)據(jù)采集器。由嵌入式軟件進行數(shù)據(jù)處理，這些處理檢測、存儲傳感器傳回的脈沖數(shù)，進行累計得到當前總用水量的信息，通過借助自帶的高精度時鐘對累計數(shù)據(jù)進行處理，得到本月實時用水信息，及一年當中各個月份的用水信息，自帶鋰電池為外部意外斷電時繼續(xù)采集信息提供保證。本實用新型的技術(shù)方案是一種水表數(shù)據(jù)采集器，它包括控制器MCU、脈沖信號檢測電路、時鐘電路和LonWorks智能收發(fā)器模塊，所述的脈沖信號檢測電路作為水表數(shù)據(jù)采集器的信號采集端與脈沖水表傳感器相連，用于采集傳感器輸出的脈沖信號，脈沖信號檢測電路的信號輸出端與控制器MCU的采集數(shù)據(jù)信號輸入端相連，控制器MCU與時鐘電路雙向連接，控制器MCU的信號輸出端通過通用串行總線與LonWorks智能收發(fā)器模塊相連，Lonfforks智能收發(fā)器模塊通過網(wǎng)絡(luò)與遠程端上位機進行通信。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括故障信號檢測電路，所述的故障信號檢測電路作為水表數(shù)據(jù)采集器的故障信號采集端與脈沖水表傳感器相連，用于采集傳感器的故障 信號，故障信號檢測電路的信號輸出端與控制器MCU的對應(yīng)故障信號輸入端相連。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括電源電路和鋰電池充放電電路，所述的電源電路為水表數(shù)據(jù)采集器的各模塊提供電源，鋰電池充放電電路的輸出與MCU控制器的對應(yīng)充放電信號端相連。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括掉電檢測及來電喚醒電路，所述的掉電檢測及來電喚醒電路用于檢測水表數(shù)據(jù)采集器外部供電是否掉電，掉電檢測及來電喚醒電路的信號輸出端與MCU控制器的對應(yīng)信號輸入端相連。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括ISP軟件下載接ロ電路，所述的ISP軟件下載接ロ電路與MCU控制器雙向連接。本實用新型的時鐘電路為高精度時鐘電路，在室溫25 C時，精度范圍是± 5 X 10 6。本實用新型的有益效果本實用新型可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，為能源管理對水系統(tǒng)實現(xiàn)用水消耗實時在線監(jiān)測和計量、遠程抄表的自動化，該水表數(shù)據(jù)采集器為脈沖式水表數(shù)據(jù)采集、遠傳的裝置，能滿足能源管理系統(tǒng)獲取實時用水及日、月、年用水數(shù)據(jù)進行水平衡分析的功能需求，為用戶節(jié)約用水、減少支出提供數(shù)據(jù)依據(jù)，方便接入基于LonWorks技術(shù)的分布式總線型控制網(wǎng)絡(luò)，同時，方便工程的設(shè)計和現(xiàn)場施工。本實用新型通過采集傳感器產(chǎn)生的實時脈沖數(shù)進行累計，結(jié)合事先所設(shè)置的脈沖當量，計算得到當前總用水量；本實用新型的軟件設(shè)計時利用水表運行較慢的特點，拿出足夠的時間進行濾波處理，連續(xù)采集清除因現(xiàn)場干擾造成的誤差，保證讀取脈沖的準確性；該采集裝置可讀取傳感器故障報警信號，在發(fā)生故障吋，提供報警信息；自帶高精度時鐘，為計算本月實時，及各個月份數(shù)據(jù)提供時間依據(jù)；采集測量數(shù)據(jù)可通過LonWorks網(wǎng)絡(luò)實時發(fā)給上位主機；同時，在外部電源斷電后，模塊自動轉(zhuǎn)到低功耗模式，利用自身所帯的可充電電池繼續(xù)采集脈沖信號。 本實用新型具有如下功能I、一路脈沖及斷線報警信號采集(無源)；2、脈沖常數(shù)可設(shè)定；3、脈沖讀數(shù)準確度依照《GB/T20866-2007基于戶用脈沖計量表的數(shù)據(jù)采集器》標準，由主站或集中器抄錄數(shù)據(jù)采集器中各采集通道的總脈沖數(shù)的累計誤差應(yīng)不大于± 1/10 萬；4、讀數(shù)可預(yù)設(shè)，報警功能啟用、屏蔽；5、提供本月實時數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)凍結(jié)個功能(月底時凍結(jié)本月數(shù)據(jù))；6、Lon雙絞線通信接ロ，通信介質(zhì)為雙絞線，通信距離可以達到2700m，波特率78KBps ；7、掉電后內(nèi)部電池供電持續(xù)采集脈沖，至少60天。

圖I是本實用新型的原理框圖。圖2是本實用新型的鋰電池充放電電路電路圖。圖3是本實用新型的脈沖及故障信號檢測電路電路圖。圖4是本實用新型的時鐘電路電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進ー步的說明。如圖I所示，一種水表數(shù)據(jù)采集器，它包括控制器MCU、脈沖信號檢測電路、時鐘電路和LonWorks智能收發(fā)器模塊(采用Echelon公司型號可為FT 5000的智能收發(fā)器FT5000智能收發(fā)器集成了ー個自由拓撲雙絞線收發(fā)器,ー個高性能的神經(jīng)核心。5000智能收發(fā)器包括個獨立的8位的邏輯處理器來管理物理MAC層，網(wǎng)絡(luò)，用戶應(yīng)用程序。被稱為媒體訪問控制MAC處理器，網(wǎng)絡(luò)NET，處理器和應(yīng)用程序APP，當處理器工作在更高的系統(tǒng)時鐘時，還有第四個處理器，處理中斷。)，所述的脈沖信號檢測電路作為水表數(shù)據(jù)采集器的信號采集端與脈沖水表傳感器相連，用于采集傳感器輸出的脈沖信號，脈沖信號檢測電路的信號輸出端與控制器MCU的采集數(shù)據(jù)信號輸入端相連，控制器MCU與時鐘電路雙向連接，控制器MCU的信號輸出端通過通用串行總線與LonWorks智能收發(fā)器模塊相連，Lonfforks智能收發(fā)器模塊通過網(wǎng)絡(luò)與遠程端上位機進行通信。本實用新型的控制器MCU選用ATMEL的高性能、低功耗的8位AVR微處理器ATmegal68,16K字節(jié)的系統(tǒng)內(nèi)可編程Flash (具有在編程過程中還可以讀的能力，即Rffff)，512字節(jié)EEPR0M，512字節(jié)SRAM，23個通用I/O ロ線，32個通用工作寄存器，三個具有比較模式的靈活的定時器/計數(shù)器(T/C)，片內(nèi)/外中斷，可編程串行USART，面向字節(jié)的兩線串行接ロ，ー個SPI串行端ロ，ー個6路10位ADC (TQFP與MLF封裝的器件具有8路10位ADC)，具有片內(nèi)振蕩器的可編程看門狗定時器，以及五種可以通過軟件選擇的省電模式。32引腳TQFP封裝，工作電壓2. 7V5. 5V有利于低功耗小型化設(shè)備的應(yīng)用(在I MHz，2V，25° C時的功耗正常模式300uA掉電模式0. 5u A)。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括故障信號檢測電路，所述的故障信號檢測電路作為水表數(shù)據(jù)采集器的故障信號采集端與脈沖水表傳感器相連，用于采集傳感器的故障信號，故障信號檢測電路的信號輸出端與控制器MCU的對應(yīng)故障信號輸入端相連，
如圖3所示，本實用新型的脈沖采樣采用外部中斷方式，邊沿觸發(fā)，進入中斷后經(jīng)過軟件濾波算法進行去干擾處理后，進行脈沖數(shù)累計計算。脈沖采樣由模塊自身供電，檢測引腳通過電阻上拉。水表指針轉(zhuǎn)動一周傳感器開關(guān)閉合一次，當開關(guān)閉合時引腳電平為低，反之為高。傳感器產(chǎn)生報警時引腳電平為高。同時外部中斷兼有喚醒掉電模式下MCU的功倉^:。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括電源電路和鋰電池充放電電路，所述的電源電路為水表數(shù)據(jù)采集器的各模塊提供電源(采用LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路，是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的IA集成穩(wěn)壓電路，它內(nèi)部集成了ー個固定的振蕩器，只須極少外圍器件便可構(gòu)成ー種高效的穩(wěn)壓電路，可大大減小散熱片的體積，而在大多數(shù)情況下不需散熱片；內(nèi)部有完善的保護電路，包括電流限制及熱關(guān)斷電路等芯片可提供外部控制引腳。是傳統(tǒng)三端式穩(wěn)壓集成電路的理想替代產(chǎn)品。輸入電壓范圍寬(740DC)。穩(wěn)壓電路產(chǎn)生穩(wěn)定的5V電壓后直接給Lon雙絞線通信模塊供電，另外通過ニ極管隔離后供電給MCU，電池充電及脈沖信號、故障信號米樣)。鋰電池充放電電路的輸出與MCU控制器的對應(yīng)充放電信號端相連。如圖2所示，本裝置配有900mAH的可充電電池，滿足在外部電源掉電后MCU進入低功耗模式，保證模塊外部掉電后持續(xù)采集脈沖至少60天的工作需要。電池管理電路提供電池充電過程控制、電池過充、過放、短路保護等。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括掉電檢測及來電喚醒電路，所述的掉電檢測及來電喚醒電路用于檢測水表數(shù)據(jù)采集器外部供電是否掉電，掉電檢測及來電喚醒電路的信號輸出端與MCU控制器的對應(yīng)信號輸入端相連。在外部掉電時保存重要數(shù)據(jù)至EEPR0M。同時外部掉電后關(guān)掉UART及其他非必需的模塊降低功耗，并自動切換至電池供電，在電池工作的過程中在空閑時使megal68進入睡眠模式，外部脈沖中斷喚醒。使得在利用電池エ作時功耗最小化延長工作時間。待檢測到外部來電時喚醒MCU退出睡眠模式。打開UART及其余關(guān)閉的模塊進行與上位機的通信。本實用新型的水表數(shù)據(jù)采集器還包括ISP軟件下載接ロ電路，所述的ISP軟件下載接ロ電路與MCU控制器雙向連接。本實用新型的時鐘電路為高精度時鐘電路，在室溫25 C下，精度范圍是±5X 10'如圖4所示，時鐘模塊PCF8563與MCU之間采用I2C總線通信，TIME_INT引腳與MCU中斷連接，可配置為每分鐘至每星期范圍內(nèi)產(chǎn)生一次中斷。用于采集器的定時操作。CLKOUT可以輸出可編程的方時鐘用于時鐘精度的測量及調(diào)校。PCF8563是PHILIPS公司推出的ー款エ業(yè)級內(nèi)含I2C總線接ロ功能的具有極低功耗的多功能時鐘/日歷芯片PCF8563的多種報警功能定時器功能時鐘輸出功能以及中斷輸出功能完成各種復(fù)雜的定時服務(wù)甚至可為單片機提供看門狗功能內(nèi)部時鐘電路內(nèi)部振蕩電路內(nèi)部低電壓檢測電路I. OV以及兩線制I2C總線通訊方式不但使外圍電路及其簡潔而且也增加了芯片的可靠性同時每次讀寫數(shù)據(jù)后內(nèi)嵌的字地址寄存器會自動產(chǎn)生增量當然作為時鐘芯片PCF8563亦解決了 2000年問題因而PCF8563是ー款性價比極高的時鐘芯片它已被廣泛用于電表、水表、氣表、電話、傳真機、便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。具體實施時本實用新型硬件實現(xiàn)分主板和智能收發(fā)器模塊，基于主板設(shè)計所含的電路電源電路、鋰電池充放電電路、MCU單元、掉電檢測及來電喚醒電路、ISP軟件下載接ロ電路、脈沖采樣及報警狀態(tài)讀取電路、高精度時鐘電路。本實用新型電源采用LM2575系列開關(guān)穩(wěn)壓集成電路,是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的IA集成穩(wěn)壓電路，外接電源電壓范圍DV7-40V均能保證模塊正常運行。本實用新型智能收發(fā)器模塊通過通用串行總線與MCU芯片連接進行數(shù)據(jù)收發(fā)。能夠?qū)崟r上傳模塊采集到的信息。本實用新型主要針對脈沖式遠程水表傳感器設(shè)計，傳感器通過磁場吸合干簧管產(chǎn)生脈沖，指針轉(zhuǎn)動一周產(chǎn)生ー個方波信號，半周為開，半周為關(guān)，在檢測到一個完整的開關(guān)信號才能確認為檢測到一個脈沖，采集到脈沖信號，累加計算得到總的用水信息。結(jié)合自帶的時鐘對每月月底時的用水量進行凍結(jié)、保存，以實時總用水量減去上月底時總用水量得到本月用水量。本實用新型平時采用外接直流電源輸入工作，當外部電源斷電后，模塊自動進行檢測，檢測到斷電后，自動切換到內(nèi)壁有鋰電池工作，進入低功耗模式，關(guān)閉非必需的模塊，達到省電的目的，盡量增加電池的使用時間。當外部來電后電池充電管理芯片自動為鋰電池充電，充滿后自動停止。本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1.一種水表數(shù)據(jù)采集器，其特征是它包括控制器MCU、脈沖信號檢測電路、時鐘電路和LonWorks智能收發(fā)器模塊，所述的脈沖信號檢測電路作為水表數(shù)據(jù)采集器的信號采集端與脈沖水表傳感器相連，用于采集傳感器輸出的脈沖信號，脈沖信號檢測電路的信號輸出端與控制器MCU的采集數(shù)據(jù)信號輸入端相連，控制器MCU與時鐘電路雙向連接，控制器MCU的信號輸出端通過通用串行總線與LonWorks智能收發(fā)器模塊相連，Lonfforks智能收發(fā)器模塊通過網(wǎng)絡(luò)與遠程端上位機進行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水表數(shù)據(jù)采集器，其特征是所述的水表數(shù)據(jù)采集器還包括故障信號檢測電路，所述的故障信號檢測電路作為水表數(shù)據(jù)采集器的故障信號采集端與脈沖水表傳感器相連，用于采集傳感器的故障信號，故障信號檢測電路的信號輸出端與控制器MCU的對應(yīng)故障信號輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水表數(shù)據(jù)采集器，其特征是所述的水表數(shù)據(jù)采集器還包括電源電路和鋰電池充放電電路，所述的電源電路為水表數(shù)據(jù)采集器的各模塊提供電源，鋰電池充放電電路的輸出與MCU控制器的對應(yīng)充放電信號端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水表數(shù)據(jù)采集器，其特征是所述的水表數(shù)據(jù)采集器還包括掉電檢測及來電喚醒電路，所述的掉電檢測及來電喚醒電路用于檢測水表數(shù)據(jù)采集器外部供電是否掉電，掉電檢測及來電喚醒電路的信號輸出端與MCU控制器的對應(yīng)信號輸入端相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水表數(shù)據(jù)采集器，其特征是所述的水表數(shù)據(jù)采集器還包括ISP軟件下載接ロ電路，所述的ISP軟件下載接ロ電路與MCU控制器雙向連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水表數(shù)據(jù)采集器，其特征是所述的時鐘電路為高精度時鐘電路，在室溫25 C時，精度范圍是±5X10'
專利摘要一種水表數(shù)據(jù)采集器，包括控制器MCU、脈沖信號檢測電路、時鐘電路和LonWorks智能收發(fā)器模塊，所述的脈沖信號檢測電路作為水表數(shù)據(jù)采集器的信號采集端與脈沖水表傳感器相連，用于采集傳感器輸出的脈沖信號，脈沖信號檢測電路的信號輸出端與控制器MCU的采集數(shù)據(jù)信號輸入端相連，控制器MCU與時鐘電路雙向連接，控制器MCU的信號輸出端通過通用串行總線與LonWorks智能收發(fā)器模塊相連，LonWorks智能收發(fā)器模塊通過網(wǎng)絡(luò)與遠程端上位機進行通信。本實用新型可廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)，為能源管理對水系統(tǒng)實現(xiàn)用水消耗實時在線監(jiān)測和計量、遠程抄表的自動化。
文檔編號G08C19/16GK202434049SQ20112056872
公開日2012年9月12日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者周淑華, 趙松, 金建超 申請人:江蘇聯(lián)宏自動化系統(tǒng)工程有限公司